单细胞研究（一） | 这些Nature、Cell文章告诉你，如何利用单细胞测序技术研究肿瘤
近日，世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）发布了2020年最新癌症负担数据，全球新发病例1930万、死亡近1000万例，而中国更是达到了新发457万/死亡300万、病死率超过60%的恐怖数字，这使得对于癌症机制以及治疗的研究必须提上超速车道。
而近年来发展出一种新的分析技术--单细胞转录组测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq），可以将组织内混杂的细胞分开，区分为不同细胞类型，单独展开分析，同时建立各类型细胞间的区别和联系。
由于明显的技术优势，使得单细胞转录组测序成为近年来肿瘤疾病研究中炙手可热的新兴技术。其在肿瘤疾病研究中的应用方向如：肿瘤异质性、癌症治疗、肿瘤微环境和肿瘤干细胞分化等。下面以几篇典型案例，分别进行介绍。
一 肿瘤异质性研究
肿瘤异质性，包括肿瘤间（癌种或个体间）和肿瘤内（细胞类型）的差异，一直给研究人员带来很多困扰。单细胞转录组测序技术（scRNA-seq）让癌症研究进入细胞水平，使我们对肿瘤发生发展过程和分子机制的了解提升到新的维度。
文献案例：Resolving medulloblastoma cellular architecture by single-cell genomics
发表期刊：Nature
影响因子：42.778 发表时间：2019.07
DOI:10.1038/s41586-019-1434-6
摘要：髓母细胞瘤（MB）是一种恶性儿童小脑肿瘤，包括不同的分子亚组。作者使用单细胞转录组学方法，研究了跨越所有分子亚组的25个MB样本，揭示其中的肿瘤间和肿瘤内异质性。
具体来说，肿瘤间，WNT、SHH和Grp3组肿瘤中包含亚组特异的分化/未分化神经元样恶性细胞类群，而Grp4组仅由分化的肿瘤细胞组成；
肿瘤内，SHH组由类似与患者年龄相关的不同分化状态的颗粒神经元组成，Grp3和Grp4组肿瘤则表现出从原始祖细胞样到更成熟的神经元样细胞的发育轨迹，其相对比例区分了这几个亚组。
总的来说，这些数据提供了对亚型特异性髓母细胞瘤在细胞和发育状态方面的见解。
二 肿瘤治疗方案
现行癌症治疗方案，包括传统放/化疗、靶向药物、细胞免疫疗法等，虽各有应用范围，但其最佳疗效的发挥，无疑都立足于对肿瘤特点和发病机制的深入了解。
文献案例：CDK7 Inhibition Potentiates Genome Instability Triggering Anti-tumor Immunity in Small Cell Lung Cancer Cell
发表期刊：Cancer Cell
影响因子：26.602 发表时间：2020.01
DOI:10.1016/j.ccell.2019.11.003
摘要：小细胞肺癌（SCLC）是人类最致命的癌症之一，化疗复发率极高，患者5年生存率<7%；免疫检查点阻断（ICB）疗法作为一种前沿技术，涌现出很多新药，如抗PD-1蛋白药物等，但仍然有大量患者对ICB没有响应。
作者开发了一种特异性CDK7（细胞周期和基因转录的中枢调节因子）抑制剂YKL-5-124，结合单细胞测序技术，对CDK7在DNA复制、基因组稳定性及肿瘤内免疫效应中的作用机制进行了详细研究，并探讨了YKL-5-124与anti-PD-1联合免疫治疗在小鼠模型中的效果，为SCLC的有效治疗提供了新的方向。
三 肿瘤微环境研究
肿瘤免疫微环境（TIME），即肿瘤内部和周围往往聚集着大量免疫细胞，肿瘤细胞和免疫细胞、以及免疫细胞之间存在着千丝万缕的联系，是所谓免疫微环境。
文献案例：Interrogation of the Microenvironmental Landscape in Brain Tumors Reveals Disease-Specific Alterations of Immune Cells
发表期刊：Cell 影响因子：38.637
发表时间：2020.06
DOI:10.1016/j.cell.2020.05.007
摘要：脑癌包括一系列原发性和转移性恶性肿瘤，如低度和高度神经胶质瘤，以及源自多种颅外肿瘤的脑转移瘤（BrM）等。
我们对各种脑部肿瘤微环境（TME）的了解仍然有限，并且尚不清楚它们具体由原发性还是转移性疾病造成。作者通过流式细胞分选，结合单细胞转录组测序、蛋白质谱等方法，全面分析了大脑TME格局。
实验结果揭示了免疫细胞的疾病特异性富集，组织驻留小胶质细胞、浸润性单核细胞衍生的巨噬细胞、嗜中性粒细胞和T细胞在比例丰度方面存在明显差异。
这种全面的免疫环境资源，支持了开发针对脑恶性肿瘤的TME靶向疗法的可能策略，用于扭转促进肿瘤的TME特性，进而利用TME对抗癌症。
四 肿瘤干细胞分化
癌症起始于肿瘤干细胞（tSCs），通常认为肿瘤组织由一个或多个单克隆起源的肿瘤细胞群混合构成。一个正常细胞，如何经历变异、癌化，最终形成可见的肿瘤病灶，进而发生转移的过程，仍是非常有意义的研究方向。
文献案例:Adaptive Immune Resistance Emerges from Tumor Initiating Stem Cells
发表期刊：Cell 影响因子：38.637
发表时间：2019.05
DOI:10.1016/j.cell.2019.03.025
摘要：人体配备有强大的免疫监视功能，可以清除出现的癌细胞，而tSCs如何逃过免疫系统监督、最终形成肿瘤并转移的机制仍然是未知的。
为了解决这个问题，作者设计了鳞状细胞癌（SCC）模型，该模型可以通过基于过继细胞毒性T细胞转移（ACT）的免疫疗法进行有效抑制。使用scRNA-seq和谱系追踪技术，发现对TGF-β有应答的tSCs具有更强的治疗抗性和诱导肿瘤复发潜力。
在恶性增殖期间，tSCs选择性地获得CD80（一种免疫细胞表面配体蛋白），可以与CTLA4结合，抑制细胞毒性T细胞的免疫活性；相反，阻断CTLA4/TGF-β或CD80消融让tSCs变得脆弱，ACT治疗后的肿瘤复发减少。
作者的发现将tSCs与免疫检查点途径的激活/抑制联系起来。
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